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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik pwm gleichrichten und skalieren


Autor: Calavera (Gast)
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Hallo allerseits,
ich habe ein Problem an dem ich so langsam verzweifle.
Es geht geht um folgendes:
Ich habe ein PWM-Signal (10 kHz), das in etwa einen Pegel von 5V hat. 
Dieses Signal möchte ich gleichrichten und auf 0 - 1 Volt skalieren - 
und das möglichst genau (Leistung muss da übrigens nicht hinter stecken, 
ich benötige lediglich diesen Spannungspegel).

Das Gleichrichten ist ja nicht das Problem, Tiefpass dahinter - fertig. 
Die Pegel könnte ich jetzt natürlich durch einen Spannungsteiler 
anpassen. Das Problem ist, dass mir durch Spannungsabfälle auf den 
Zuleitungen evtl. nicht 5 Volt der PWM zur Verfügung stehen, sondern 
(ich übertreibe jetzt mal) nur 4 Volt. Dann skaliert der Spannungsteiler 
natürlich falsch und mein Signal wird verfälscht.
Meine erste Idee war eine Zenerdiode zu nehmen, die bei 1 Volt das 
Signal abschneidet. So eine Diode scheint's aber nirgendwo zu geben, die 
kleinsten Spannungen, die ich so gesehen habe sind 2 Volt.
Wäre sehr nett wenn jemand da eine Lösung parat hätte.

Vielen Dank
Calavera

Autor: Gast (Gast)
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Warum nicht 2 Dioden mit 0,5V Flussspannung?

Aber was fehlt ist der Schaltplan und welche Spannungen evtl. noch zur 
Verfügung sind.

Autor: Calavera (Gast)
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Einen Schaltplan habe ich leider noch nicht, ich bin derzeit noch in der 
Konzeptionsphase. Zusätzliche Spannungen habe ich derzeit nur die auch 
recht ungenaue Versorgungsspannung von ca. 20-24 Volt.
Und was meinst Du genau mit den 2 Dioden? In Reihe betreiben und den 
Spannungsabfall über den beiden Bauteile nutzen?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Wäre sehr nett wenn jemand da eine Lösung parat hätte.
Zeichne doch mal ein Bildchen, was du hast, und was du willst...
Woher kommt das PWM-Signal (Push-Pull oder nur Open-Collector)?
Was wird schlussendlich mit dem 0-1V Signal gemacht?

> evtl. nicht 5 Volt der PWM zur Verfügung stehen, sondern
> (ich übertreibe jetzt mal) nur 4 Volt.
Ich würde das Signal mit einem Buffer erst mal auf einen definierten 
Pegel bringen. Und mit diesem aufbereiteten, definierten Signal 
weiterarbeiten.

> So eine Diode scheint's aber nirgendwo zu geben ...
und zudem wäre die Kennlinie ziemlich flach. Sieh dir mal die KL dieser 
2V Z-Dioden an, die Spannung ist sehr stark abhängig vom Strom. Das 
können abhängig vom Strom auch 1,7V oder 2,3V sein...

Autor: Calavera (Gast)
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Okay, wie gewünscht ein kleines Bild, ich bitte meine 
Paint-Zeichenkünste zu entschuldigen^^

Die PWM-stammt von einer externen IO-Box, ich nehme mal an im Push-Pull 
Betrieb. Die Leitung ist etwas länger, daher die Sorge wegen des 
Spannungsabfalls.
Auf der eigentlichen Platine soll die Schaltung untergebracht werden, 
die die Spannung anpasst ("Black-Box" im Bild). Die Spannung benötge ich 
für einen LED-Treiber, dessen Sollwert für den LED-Strom per 
Analogsignal 0-1V angelegt wird. Versorgt wird der Treiber über die 
Versorgungsspannung von ca. 20 V.

Autor: Ferkes-Willem (Gast)
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Bei deiner Anwendung, geht es sicher nicht um Präzisionsspannungen für 
ein Meßgerät!

Wie ist denn der Innenwiderstand der PWM-Quelle?
Wie ist die Eingangsimpedanz der Steuerspannung des LED-Treibers?

Möglicherweise, kann man da sehr sehr einfach vorgehen, und die Spannung 
mit 2 Widerständen von 5V auf 1 V herunter teilen. Unter Umständen, 
könnte dahinter schon ein einfaches RC-Glied zur Integration der PWM 
(Tiefpaß) in eine Gleichspannung genügen.

Insgesamt 3 Widerstände und einen Kondensator. So würde ich das erst mal 
versuchen, bevor ich was komplizierteres baue!

Autor: Calavera (Gast)
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>Bei deiner Anwendung, geht es sicher nicht um Präzisionsspannungen für
>ein Meßgerät!

Doch es geht genau darum. (Zumindest über Umwege). Sonst würde ich mir 
darum überhaupt keine Gedanken machen! Es ist schon wichtig, dass die 
Analogspannung für den Treiber präzise ist.

Autor: Tine Schwerzel (tine)
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Dann nimm eine lokale Referenzspannung und benutze die PWM nur zur 
Taktung selbiger. Tiefpass mit OP dahinter, fertig.

Autor: Michael O. (mischu)
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Die von Dir beschriebene PWM hat Spannungspegel zwischen 0...5V.
Damit ist das Signal nur positiv und muss nicht gleichgerichtet werden.

Im Prinzip brauchst Du doch nur einen Tiefpass der die PWM in eine 
Gleichspannung glättet und einen Spannungsteiler, der die 5V auf 1V 
abbildet.

Macht im einfachsten Fall: 2 Widerstände und ein Kondensator.

       +---+
PWM ---|   |------+------+-------    0..1V
       +---+      |      |
                -----   +-+
                        | |
                -----   | |
                  |     +-+
                  |      |
GND --------------+------+-------  GND


Wähle die Widerstände im Verhältnis 4:1.
Such Dir einen Kondensator aus, der eine entsprechned tiefe Eckfrequenz 
erzeugt.

Autor: Michael O. (mischu)
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Achso - blöde Frage, was stellst Du mit der PWM eingentlich ein?

Hört sich an, als ob Du einen Strom-Schaltregler für eine LED 
ansteuerst.
Soll der Strom (also Farbtemperatur) geregelt werden?
Für das Dimmen einer LED ist eigentlich eine PWM die sinnvollste Lösung.
Könntest also dein PWM-Signal direkt benutzen.

Beschreibe mal genau was Du eigentlich machen möchtest.

Autor: ms (Gast)
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Es gibt da mehrere möglichkeiten.

1. Du machst aus deiner 5V PWM mittels Tiefpaß ein 0-5V Signal und 
teilst dies durch 5 (dann hast 0..1V) diese möglichkeit willst du aber 
nicht, weil deine 5V nicht konstant sind.

Dann bleibt dir natürlich noch die möglichkeit das Tastverhältnis deiner 
PWM auf eine Spannung von 1V zu geben und dann mittels Tiefpaß zu 
filtern. Wenn du also eine exakte Spannung von 1 Volt hast dann Takte 
mit nem FET diese Spannung im Tastverhältnis deiner 5V PWM

Autor: Ferkes-Willem (Gast)
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>Könntest also dein PWM-Signal direkt benutzen.

So läuft das doch auch bei gemultiplexten LED-Displays. Mittlung der 
Lichtstärke über die Einschaltdauer.

Ist die Frage, ob das nicht näher erläuterte LED-Modul das mitmacht?

Autor: Ferkes-Willem (Gast)
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Andererseits war da noch dieser Einwand mit den Leitungsverlusten, hab 
das anfangs nicht richtig verstanden. Ist die Leitung denn kritisch 
lang, so daß sich der Wellenwiderstand unangenehm bemerkbar machen kann? 
Immerhin 10 kHz Rechteckformen, die Fourier-Zerlegten sind ja wesentlich 
höherfrequent!

Autor: Calavera (Gast)
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Danke für die vielen Antworten. Um den LED-Treiber mal näher zu 
erläutern: Es handelt sich um den LT3518. Bei dem stehen zwei 
Möglichkeiten zur Verfügung die LEDs zu dimmen:
1. per PWM die Einschaltdauer der LEDs steuern
2. per Analogspannung von 0 - 1V um den durch die LEDs in der high-Phase 
fließenden Strom einstellen

Ich möchte mich aus messtechnischen Gründen nicht auf eine der beiden 
Möglichkeiten der LED-Steuerung beschränken.

Weiterhin möchte ich nochmals erwähnen, dass ich die PWM-Spannung nicht 
direkt nutzen kann, da die Spannungspegel schwanken können. (Ja, die 
Zuleitungen sind evtl. etwas länger, deshalb möchte ich ja auch eine PWM 
für die Übertragung nutzen)

Eine zusätzliche Referenzspannung wäre evtl. eine Möglichkeit. Gibt es 
da eine günstige, kleine und vor allem präzise Möglichkeit aus der 
Versorgungsspannung so etwas zu erzeugen? Und wenn ich die Spannung mit 
einem MOSFET schalte, gibt es da nicht auch Verluste über dem FET?

Autor: Michael O. (mischu)
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Der Chip bietet beide Möglichkeiten an - Stromregelung und PWM für die 
Helligkeitsregelung.

Ja, der MOSFET macht einen Spannungsabfall. Der MOSFET macht im 
leitenden Zustand Verluste, der Stromregler regelt den Strom 
(weitestgehend) exakt aus. Da MOSFET und LED in der Serienschaltung 
liegen, fließt derselbe Strom durch MOSFET und LED.

Ich nutze z.B. LM4040CIM3-4,1   SOT23 Z-Dioden. Die gibt es mit 
Genauigkeiten bis 0.1% für verschiedene Spannungen.
Sofern es tatsächlich von PWM -> analogspannung sein muss, kannst Du ja 
einen CMOS Buffer mit einer Z.Diode in der Versorgung auf einer 
konstanten Versorgung halten. Allerdings wirst Du trotzdem noch 
Temperaturdrift bekommen.

Den Strom durch die LED zu modifizieren beduetet eine Verschiebung des 
Farbraums. Ist das von dir gewünscht?

Autor: Calavera (Gast)
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@mischu
Dass sich die Wellenlängen der LEDs strombedingt verschieben weiß ich, 
dieser Effekt ist letztendlich unerwünscht, jedoch möchte ich ihn aus 
Interesse mal spektral vermessen, daher brauche ich auch die Möglichkeit 
den Strom mit der analogen Spannung zu variieren.

Bei der Frage die Verluste des MOSFETs betreffend meinte ich den MOSFET, 
den ich zum Schalten einer Referenzspannung für den Analogeingang des 
Treibers nehmen würde. Wenn der FET auch einen Spannungsabfall erzeugt, 
würde ich hinter dem FET ja nicht die Referenzspannung erhalten, sondern 
etwas weniger. Oder ist dieser Effekt vernachlässigbar gering?

Zu deinem Vorschlag mit Z-Diode und CMOS Buffer: Könntest Du dies etwas 
näher beschreiben, ich kann Dir da nicht ganz folgen^^
Analogtechnik war noch nie so mein Spezialgebiet :)

muchos gracias
Calavera

Autor: Peterle Anonym (Firma: keine) (wanderameise)
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kurze zwischenfrage:
es gibt also 2 möglichkeiten eine LED mittels PWM anszusteuern:
*PWM gleichrichten, wobei die fläche unter dem rechteck, dem 
gleichrichtwert enspricht
*PWM mit 50% duty cycle direkt an LED anschließen und somit die trägheit 
der LED nutzen, mittels frequenz von etwa 150 Herz.

liege ich da richtig mit meinen Annahmen?

Autor: Marco L. (lehmi)
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Benjamin Anonym schrieb:
> kurze zwischenfrage:
> es gibt also 2 möglichkeiten eine LED mittels PWM anszusteuern:
> *PWM gleichrichten, wobei die fläche unter dem rechteck, dem
> gleichrichtwert enspricht
> *PWM mit 50% duty cycle direkt an LED anschließen und somit die trägheit
> der LED nutzen, mittels frequenz von etwa 150 Herz.
>
> liege ich da richtig mit meinen Annahmen?

Bitte lies dir die Grundlagen zur PWM durch 
http://de.wikipedia.org/wiki/Pulsweitenmodulation

Es ging in dem Beitrag ja um einen Treiber, der analoge und digitale 
Ansteuerung ermöglicht.

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